西工材科考研题目总结

1、1何为空间点阵？它与晶体结构有何异、同？ 答：空间点阵是对晶体结构按照一定法则进行的高度数学抽象； 晶体结构 是对晶体的直观表示。点阵只有七大类， 14种，晶体结构有无限多种。2请简述晶界有哪些特征？ 答：晶界有自发变直的趋势；晶界引起晶体强度升高； 晶界扩散比晶体内 扩散速度快；晶界容易收到腐蚀；晶界容易吸附溶质原子和杂质； 晶界是 相变首先发生的地方。3何为固溶强化？置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强？请简述影响固溶度的因素。答：溶质原子溶入晶格中，阻碍位错运动，引起强度升高，塑性下降的现 象。晶体结构类型、原子尺寸差、 电负性差异、电子浓度都会影响固溶度。4请简述二元合金结

2、晶的基本条件有哪些。 答：热力学条件；结构条件；能量条件；成分条件。5什么是反应扩散？请简述其特点。 答：扩散时，元素超过最大固溶度因而形成新相的扩散。 。反应快速分为 有扩散无反应层和有反应层； 两层之间有明确的界面； 反应扩散速度取决 于扩散速度和反应速度。6简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移，它们的滑移线形 貌特征是什么。答：变形量小或滑移系少的时候发生单滑移； 变形量大或滑移系多时多个 滑移系同时或交替开动称为多滑移； 当螺位错为了避开障碍物改变滑移面 时称为交滑移。单滑移滑移线为平行直线； 多滑移为交叉的两组平行直线； 交滑移为波纹线1.请计算简单立方和体立方品体的（倔）、

3、口jft （111）晶面歯茴间距（假世两种点阵的点阵常遨都是"* 备 1； 100；(no0113髀立方a <1*5a2 ft<>2 ff7已知fee晶体的致密度比bee晶体的大，请解释为什么fee的固 溶度仍比bee的大？答：间隙分为四面体间隙和八面体间隙。在fee中八面体间隙较大， 而bee中因八面体间隙为扁八面体间隙，故其四面体间隙较大。因此fee晶体能够容纳更多的溶质原子。2. 请简述影响固溶体固溶度的因素有哪些。答：1）原子尺寸因素：置换固溶体的溶质与溶剂原子尺寸越相近固溶度越大。间隙固溶体的溶质原子与溶剂间隙尺寸越相近固溶度越大。2）晶体结构因素：置换固

4、溶体溶质溶剂的晶体结构相似固溶度越大。3）电负性因素：溶质与溶剂的电负性越相近固溶度越大。4 ）电子浓度因素：电子浓度越低固溶度越大。3. 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容 易？答：非均匀形核与均匀形核的临界晶核半径相等，但非均匀形核的临界晶核体积小。非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能，但非均匀形核的表面能小于 均形核的表面能，即非均匀形核的临界形核功小。因此非均匀形核比较容易。4. 原子的热运动如何影响扩散？答：原子热运动越强烈，原子的跃迁距离增大，跃迁频率增大，跃迁几率增大，将 使得扩散系数增大，即

5、促进扩散。5. 如何区分金属的热变形和冷变形？答：冷、热变形温度的分界是再结晶温度。一、简答题（每题5分，共30分）1. 固溶体晶粒内存在偏析，主轴与枝间成分不同，整个晶粒还是不是一个相？ 答：仍然是一个相，因为固溶体可以有相应的成分变化范围。2. 固体中常见的有哪些相结构？ 答：固溶体中常见的相结构有固溶体，化合物，非晶相，分子相。3. 何谓平衡结晶？何谓非平衡结晶？ 答：平衡结晶是指结晶速度非常缓慢， 液相和固相中扩散均很充分的情况 下的结晶。非平衡结晶是指结晶速度比较快， 扩散不充分的情况下的结晶。4. 扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情 况，能否应用扩散第一定律？

6、答：扩散第一定律的应用条件是稳态扩散，即与时间无关的扩散。 对于非 稳态扩散的情况也可以应用扩散第一定律，但必须对其进行修正。5. 按热力学分，固态相变有哪几类？分类依据是什么？铁碳合金中，Fe3CII 的形成属于其中的哪一类？ 答：按热力学分固态相变分为一级相变、二级相变和高级相变。Fe3CII 的形成属于一级相变。6. 复合材料按增强体形态可以分为哪几类？ 答：可以分为连续纤维增强复合材料、 短纤维增强复合材料和颗粒增强复 合材料。对于 Cu 含量 0.04的 Al-Cu 合金，经过 80%冷变形后，分别在 700K，350K 保温1小时，请画出缓慢冷却到室温后的金相组织，并分析两组织出现

7、差 异的原因。答：700K退火1小时后发生形成单一 a相，冷却是脱溶出B相。250K则 仅发生回复，金相组织保持冷变形的组织形态。绘图略1. 若需要对纯铝试样进行强化，可以采用什么强化手段？通过何种手 段实现？答：细晶强化，可以通过快速结晶或变形再结晶实现； 加工硬化，经适当的冷塑性变形后可以提高强度。1. 什么是柏氏矢量？它有哪些特征？答：柏氏矢量是描述晶体中位错性质及其引起畸变方向、 程度的一种数学 方法。 它具有唯一性、同一性和可加性。2. 固溶体的固溶度受哪些因素的影响？答：原子尺寸、晶体结构、电负性、电子浓度。3. 请总结并简要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三 相区各相

8、成分的变化规律。答：单相区：相成分为合金平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界， 并随温度沿相区边界变化； 三相区：三相具有确定成分，且不随结晶过程变化。4. 什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？ 答：由低浓度处向高浓度处扩散的现象称为上坡扩散。 应力场作用、电 场磁场作用、晶界内吸附作用和调幅分解反应等情况下可能发生上坡扩 散。5. 何为固溶强化？请简述其强化机制。答：固溶强化就是溶质原子通过某种方式阻碍位错运动， 从而使合金强度 提高的现象。其主要机制包括： （1）柯氏气团，即溶质原子与基体原子 尺寸不同，产生的弹性应力场对位错运动产生阻碍； （2）玲木气团，即

9、 溶质原子降低了基体的层错能，使位错分解称为扩展位错，阻碍位错运 动；（3）电交互作用，即溶质原子为带电粒子，与位错形成静电作用力， 阻碍位错运动。6. 室温下对某种金属材料进行塑性变形，能发生动态再结晶吗？为什 么？答：可能。若再结晶温度低于室温，则室温下的变形属于热变形，就可能 发生动态再结晶。一、简答题（每题 6分，共 30分）1. 请简述工程材料的分类。答：金属材料，陶瓷材料，高分子材料，复合材料。2. 请简述滑移和孪生变形的特点？ 答：滑移变形特点：1) 平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2) 滑移线与应力轴呈一定角度3) 滑移不均匀性：滑移集中在某些晶面上4) 滑移线先于滑移带

10、出现：由滑移线构成滑移带5) 特定晶面，特定晶向 孪生变形特点：1) 部分晶体发生均匀切变2) 变形与未变形部分呈镜面对称关系，晶体位向发生变化3) 临界切分应力大4) 孪生对塑变贡献小于滑移5) 产生表面浮凸3. 若将一位错线的正方向定义为原来的反向，此位错的柏氏矢量是否 改变？位错的类型是否改变？ 答：柏氏矢量反向。位错类型不变，符号改变。4. 动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别？力学性能有何差别？ 答：动态再结晶后获得中心有畸变的等轴晶，晶粒内部有被缠结位错 分割的亚晶。静态再结晶后获得低位错密度的等轴晶。一般，动态再 结晶后的强度、硬度比静态再结晶的高。5. 请简述金属间化合物的一

11、般特性。 答：金属间化合物种类繁多，机构复杂，一般具有极高的硬度，较高 的熔点，塑形差。往往具有特殊的物理化学性质。设有一条内径为30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的铁膜隔开。由管子 一端通入氮气，保持铁膜一侧活性氮原子浓度为 1200 mol/m3，另一侧为 100 mol/m3。如果在700°C下测得通过管道的氮气流量为2.8 X0-4mol/s,求 此时氮原子在铁中的扩散系数。请分别绘出室温下，共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织； Al-5.0wt%Cu 合 金平衡组织； Al-13%Si 合金平衡组织。1. 请以层片状共晶组织为例，论述二元共晶时如何满足成分条件。 答：首先通过

12、成分起伏获得某一组元的富集并形成共晶中的某一相 (领先 相)，此时会在其周围形成另一组元的富集，比较容易满足另一相的形成 条件，从而形成共晶中的另一相。如此反复，满足成分条件，交替形核， 而形成共晶。形核后，两相与液相的界面处均会形成溶质原子的富集， 溶质原子通过横 向扩散，满足两相生长所需的成分条件，实现液固界面的推进。2. 根据 Al-Zr 二元相图回答：1) 写出1490C、1250C、975C、940C的相变反应，并判断反应 类型。2) 画出x= 50.0%合金平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相 变反应。3) 计算x= 30.0%合金平衡结晶到室温下的相组成。答：1)1490C： L

13、 A3Zr + Al 2Zr 共晶反应1250C： Al 3Zr4 + Al 3Zr2 AlZr 包析反应975 E： p-Zr + AlZr 2 AlZr3 包析反应940E： p-Zr + AlZr 3 a 包析反应3) = 70 0%合金童温下朔堀成AlZr, + AlZr.JzA1Z訂中含Al-壬先，AlZg中含Al菲匸33 3 - IDAEr,% = - X 100% = 3?6H3 3.3 2530- 25盘 12“旳-X 100% = 60.23 3.3 25一简答题（每题6分，共30分）1.请简述刃型位错、螺型位错的主要特征答：刃型位错：晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体

14、 刃型位错周围的点阵发生了弹性畸变 位错线可以是折线或曲线 , 但位错线必与滑移（矢量）方向垂直 只有一个确定的滑移面 位错线的移动方向与晶体滑移方向平行（一致） 位错线与柏氏矢量垂直螺型位错：? 上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状? 位错线周围点阵产生了弹性畸变；? 螺型位错与晶体滑移方向平行，故位错线一定是直 线? 螺型位错的滑移面是不确定的，凡是包含螺型位错的平面均可作为 它的滑移面；? 位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。? 位错线与柏氏矢量平行2. 相互垂直的位错运动后发生交割， 原位错可能会发生什么变化？在 后续的位错运动中可能会有什么影响？答：交割后在原位错线上

15、留下对方柏氏矢量大小、方向的扭转或割接，但 是该位错线仍是原柏氏矢量。 所有的割阶都是刃型位错， 而扭折可以是刃 位错也可以是螺位错在后续位错运动中， 由于：扭折与原位错同一滑移面， 可随主位错线一起运动， 几乎不产生阻力， 并在线张力的作用下易消失割 阶与原位错线不在同一滑移面， 故除非割阶产生攀移， 否则割阶就不能跟 随主滑移线一起运动，成为位错运动的障碍，称为割阶硬化3. 什么是离异共晶？如何发生的？ 答：在共晶水平线的两个端部附近，由于共晶量少，领先相相依附在初生 相上，另一相独立存在于晶界，在组织学上失去共晶体特点，称为离异共 晶。有时，也将端部以外附近的合金，在非平衡凝固时得到的少

16、量共晶， 称为离异共晶。4. 简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。 答：平衡结晶是指结晶速度非常缓慢， 液相和固相中扩散均很充分的情况 下的结晶。非平衡结晶是指结晶速度比较快， 扩散不充分的情况下的结晶。5. 形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。答：形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，使体系 自由能升高。间隙固溶体中溶质原子溶入溶剂间隙中引起的点阵畸变较 大，故不能形成无限互溶；置换固溶体中溶质原子取代了溶剂原子的位置, 晶格畸变较小。当溶质、溶剂尺寸相差越小，晶格畸变越小，能量越低， 溶解度越大；两组元具有相同的晶体结构可形成无限互溶。6. 在固态下晶体的线缺陷对溶质原子

17、的扩散有何影响？答：Q JD T道机制Q TD ；陷阱机制根据Fe-FesC相图画出含碳0.65%的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却, 室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其相对含量。（12分）I相组成；（X十F£C俎织组成；F + P + Fe3Cm少量、忽略）室溫下,相的相对含量;卅勺叱=上昱二丄竺-"00% = 9Q.4%L 室温下，组织相对含量;0 0218-0 008 xl6% = Q 03%A SQ-A nns劭瞩ta衽脯師上有呻琬樹 戕切曲脈炳殆帝肆施樹讣訓乐噪理师鞠 慟詆臨餉飾即懈陋）（盼）1、为了细化纯铝板晶粒，采用冷变性的方法将其变形3%5%,之后采

18、用620C退火1 h,组织反而粗化，增大冷变形至 80%以上，再于620C退 火1h,组织仍然粗大。分析其原因，指出上述工艺不合理之处并拟定一 种合理的晶粒细化工艺。（丁再=0.4T溶 纯铝熔点为660E ） 答：前一种为临界变形度下变形，高温退火再结晶驱动力小，形核少，晶 粒粗大；后种工艺，在大变形下，根据T 再=0.4T溶 计算，T再"1002， 故再结晶温度不得大于2002为宜，由于采用了 6202高温退火，晶粒异常 长大（二次再结晶），造成晶粒粗大。正确工艺：70%以上冷变形，之 后1502退火1h丄瑚M训雜砂踊越幻识咏舸1沌上严幼帯前爾 %側脯好描电加繼师锄帜羽hi如鳴跋那缠辦曲撕负曲體歿荫關勒（1删UU,4W.tUllLCK4 r_ 丁 ： | 一 丈斑十耳存遇珂帶嗣11輸獻郎1申呦*阿醐x0+h（141xl j恤制軸嘯期- lx D+&X 0+lxl ICO5X 二.二（S （刖面議酗甌械融倒瞇生鹼瞬鶴礙刑能脚乩踊便諮翊竊林卜啖駄售简避卿含碳。關平衡结